电机控制电路制造技术

本公开涉及电机控制电路。一种用于电动助力转向系统的电机的电机控制电路，包括：开关电路，其包括多个电气开关；电流要求信号生成器，其将转矩要求信号转换成电流要求信号；以及故障模式电机电流控制器，其对表示电流要求信号与在电机中流动的实际电流之间的差的误差信号进行响应，并且在一相开路的故障的情况下，其可操作以通过生成单个电压要求信号来驱动剩余的两相作为单个组合相，所述单个电压要求信号表示要施加到组合相上的电压，电压信号进而被馈送到开关的驱动电路，开关的驱动电路生成在组合相上施加电压所需要的、针对开关电路的脉冲宽度调制开关信号。

【技术实现步骤摘要】
电机控制电路本申请是申请日为2014年6月4日、申请号为201480041579.4、名称为“电机控制电路”的专利技术专利申请的分案申请。
本专利技术涉及在电动助力转向系统中使用的电机控制电路的改进，并且具体地涉及电动助力转向系统中的多相无刷电机的脉冲宽度调制(PWM)控制。
技术介绍
用于典型的PWM控制的多相电机，特别是DC电机的电机控制电路包括开关电路和控制器，其中开关电路包括选择性地将每相连接到电压电源的一组开关，控制器对开关进行调制以将PWM电压施加到电机的相。通过电机的绕组或相的电流由用于每相的单独的电流传感器进行测量，或者由放置在电路中的单个电流传感器进行测量，以便测量在DC电源与开关电路和电机组合之间流动的总瞬时电流。在单个电流传感器系统中，通过对开关的PWM模式进行偏移并在适当的点处对电流传感器进行采样来推导多个电机相电流，其中PWM模式将所要求的电压施加到每相。通常将测量的电流转换到参照转子位置的d-q坐标系，并与也在d-q坐标系中的电流要求信号进行比较以产生误差信号，电流要求信号指示从电机要求的电流。在控制器主要控制来自电机的转矩输出的情况下，常常根据转矩信号和已知的电机属性生成要求电流。例如，在电机用于电动助力转向系统的情况下，转矩要求信号主要是电机应该施加到转向以帮助驾驶员转动方向盘的辅助转矩的量的测量。因此，误差信号表示所要求的电流与在电机中流动的实际电流之间的差。误差信号被馈送到电流控制器，电流控制器产生表示要施加到电机的每相的电压的一组电压要求信号，所述电压会将误差信号最好地驱动到零，并且最好地确保所要求的电流在电机中流动。电流控制器通常将d-q误差信号转换成d-q电压要求信号，d-q电压要求信号然后被进一步转换成三相电压信号。然后依赖于哪个PWM策略被使用，将这三个电压信号转换成用于每个电机相的相应的PWM信号。因此电流控制器用以改变PWM相电压，以便试图不断地最小化误差信号的幅度，从而确保电机电流尽可能地接近所要求的电流。在实际的系统中，电流控制器将包括PI或PID或其它类型的反馈控制器。使用反馈控制和PWM的电机驱动电路在本领域中是公知的。例如，WO2006005927公开了一种典型的系统，并且此文件的教导通过引用的方式被并入本文。在电机具有恒定的转矩和速度的稳态操作期间，通常对施加到三相电机中每相的电压进行选择，以使得每相中的电流在电机转子的电旋转中正弦地变化，因此信号的频率依赖于电机转子的旋转速度，而信号的幅度依赖于所需要的转矩。通过布置每个电流波形使其从其它电流波形偏移120度，如图3所示，由电机所承载的总电流将是恒定的，并且因此，随着电机旋转电机转矩也将是恒定的。以这种模式施加电流确保电机平稳地旋转而不具有转矩峰值。这在本领域是公知的，并且因此这背后的理论在这里将不会被详细地描述。还已知的是，在电机的一相在开路中故障的情况下提供针对电机的故障操作模式。当发生这种故障时，电流可能仅仅在两个剩余的电机相中流动。如果控制器继续处于正常操作模式以试图施加在正常操作中使用的波形，如图4所示，则电机的转矩会随电机旋转而变化，这是因为总电流会变化。在诸如电动转向之类的某些应用中，通过方向盘会感受到作为转矩波动的这种变化，这可能会使驾驶员烦恼。在图6中示出了这种情况。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于三相星形连接的电机的电机控制电路，其可以在一相处于开路故障状况的情况下运行。根据第一方面，本专利技术提供了一种用于电动助力转向系统中的电机的电机控制电路，在这种类型的电动助力转向系统中，由转向系统的一部分运送的转矩的测量用于产生转矩要求信号，所述转矩要求信号表示要由电机施加到转向系统的转矩，驱动电路包括：开关电路，其包括多个电气开关；电流要求信号生成器，其将所述转矩要求信号转换成电流要求信号；故障模式电机电流控制器，其对表示所述电流要求信号与电机中流动的实际电流之间的差的误差信号进行响应，并且在一相开路的故障的情况下可操作，以通过生成单个电压要求信号来驱动剩余的两相作为单个组合相，所述单个电压要求信号表示要施加到组合相的电压，所述电压信号进而被馈送到开关的驱动电路，所述开关的驱动电路生成在所述组合相上施加电压所需要的、针对开关电路的脉冲宽度调制开关信号。专利技术人理解到，当三相星形点连接的电机在具有一个开路相的情况下运行时，两个剩余的非故障相用作单个组合相，这是因为在任何时刻，流入一相的电流会等于流出其他非故障相的电流。因此，提出了一种新颖的电机控制电路，其在开路故障发生时驱动电机作为单个相，从而仅仅需要产生单个电压要求信号。此电压表示要施加到组合相的总电压，即在连接到开关的相的端之间测量得到的电压。开关的驱动电路可以被布置为在单个组合相上施加电压，使得每次电机旋转180度时反转电压的极性。因此，电流控制器可以不顾电机的位置，产生具有相同值的电压，并且PWM驱动电路基于电机转子的位置处理所需要的极性反转。180度旋转的开始和结束可以与故障相的位置对齐。因此，开始和结束会依赖于哪相发生故障而发生变化。针对三相电机，故障相的位置可以是处于0度、120度和240度的三个不同位置中的一个。每180度切换极性确保针对给定的电机要求电流，总是以相同的意义产生电机转矩。在一个优选的布置中，在电机转子的电旋转的一半期间，可以通过将组合相的第一端钳位固定到正电源并将PWM信号施加到组合相的第二端，在第一模式中驱动开关装置以将控制器所要求的电压施加到单个组合相，而在转子的电旋转的另一半期间，通过将第二端钳位固定到地并将PWM信号施加到第一端，在第二模式中驱动开关装置，两种模式之间的转换与故障的开路相的位置相对应。在开关电路包括桥的布置中，相的每端通过顶开关连接到电源电压并且通过底开关连接到地电压，可以通过在整个PWM周期期间接通顶开关而断开底开关、同时对连接到组合相的第一端的开关进行调制，将组合相的第一端钳位固定到电源。可以通过在整个PWM周期期间接通底开关而断开顶开关、同时对连接到组合相的第一端的开关进行调制，将组合相的第二端钳位固定到地。可替代地，电压可以由故障模式电流控制器根据电机位置而生成，并且其本身可以随着电机的旋转而在极性上发生变化。因此，在电压的生成期间执行极性切换而不是通过驱动阶段执行极性切换。电机控制电路可以通过将电流要求信号与在两个非故障相中的任何一相中流动的实际电流进行比较，生成被馈送到故障模式电流控制器的误差信号。因此电流要求信号将表示在理想情况下应该流经组合相的电流。电流控制电路还可以包括在不存在开路故障相的电机的正常操作期间使用的至少一个正常模式电流控制器。当不存在故障时，正常模式电流控制器可以被适配为产生针对三相的3个轴电压，使得每相被独立地驱动。在相作为开路发生故障的情况下，电流控制电路可以在正常模式控制器和故障模式控制器之间切换。开路故障可以是，例如，通过监测各个相电流并且检测到一相或多相返回零或与所要求的电机电流相比为低电流的测量结果(即，测量结果本应显示非零电流)。电机控制电路可以被布置为向正常模式电流控制器供应与馈送到故障模式电流控制器的电流误差信号相比不同的电流误差信号。馈送到正常模式电流控制器的误差信号可以被表示在d-q轴坐标系中，并且可以通过将转矩本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电动助力转向系统的电机的电机控制电路，在这种类型的电动助力转向系统中，由所述转向系统的一部分运送的转矩的测量用于产生转矩要求信号，所述转矩要求信号表示所述电机将施加到所述转向系统的转矩，所述电路包括：开关电路，其包括多个电气开关；电流要求信号生成器，其将所述转矩要求信号转换成电流要求信号；故障模式电机电流控制器，其对表示所述电流要求信号与所述电机中流动的实际电流之间的差的误差信号进行响应，并且在一相开路的故障的情况下，所述故障模式电机电流控制器可操作以通过生成单个电压要求信号来驱动剩余的两相作为单个组合相，所述单个电压要求信号表示要施加到所述组合相上的电压，所述电压信号进而被馈送到所述开关的驱动电路，所述开关的驱动电路生成在所述组合相上施加电压所需要的、针对所述开关电路的脉冲宽度调制开关信号。

【技术特征摘要】
2013.06.07 GB 1310193.61.一种用于电动助力转向系统的电机的电机控制电路，在这种类型的电动助力转向系统中，由所述转向系统的一部分运送的转矩的测量用于产生转矩要求信号，所述转矩要求信号表示所述电机将施加到所述转向系统的转矩，所述电路包括：开关电路，其包括多个电气开关；电流要求信号生成器，其将所述转矩要求信号转换成电流要求信号；故障模式电机电流控制器，其对表示所述电流要求信号与所述电机中流动的实际电流之间的差的误差信号进行响应，并且在一相开路的故障的情况下，所述故障模式电机电流控制器可操作以通过生成单个电压要求信号来驱动剩余的两相作为单个组合相，所述单个电压要求信号表示要施加到所述组合相上的电压，所述电压信号进而被馈送到所述开关的驱动电路，所述开关的驱动电路生成在所述组合相上施加电压所需要的、针对所述开关电路的脉冲宽度调制开关信号。2.根据权利要求1所述的电机控制电路，其中所述开关的驱动电路被布置为将电压施加到所述单个组合相上，以使得每次电机旋转180度时反转电压的极性，并且其中180度旋转的开始和结束与故障相的位置对齐。3.根据权利要求1或权利要求2所述的电机控制电路，其中，在所述电机转子的电旋转的一半期间，通过将所述组合相的第一端钳位固定到正电源并将PWM信号施加到所述组合相的第二端，在第一模式中驱动开关装置以将控制器所要求的电压施加到所述单个组合相上，并且在所述转子的电旋转的另一半期间，通过将所述第二端钳位固定到地并将PWM信号施加到所述第一端，在第二模式中驱动所述开关装置，这两个模式之间的转换与故障的开路相的位置相对应。4.根据权利要求3所述的电机控制电路，其中，所述开关电路包括桥，其中相的...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·G·斯科特森，
申请(专利权)人：TRW有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB